(57)【要約】本発明の渦流撹拌による溶融還元製鉄方法は、冶金技術分野に属する。具体的には、以下のステップ（1）~（4）を含み、ステップ(1)において、銑鉄を誘導炉に入れ、溶融状態に加熱して溶鉄を形成し、溶鉄の温度は≧1450℃に保持し、ステップ(2)において、溶鉄を中心撹拌して高さ/直径比が0.5~2.5の渦を形成し、撹拌を続け、ステップ(3)において、鉄含有鉱物、還元剤及びスラグ形成剤を質量比1:(0.1~0.15):(0.25~0.4)で混合して研磨した後、渦中心に吹き付けて還元反応を発生させ、溶鉄及び溶融スラグを得た後、撹拌を停止し、排気が発生し、ステップ(4)において、溶鉄と溶融スラグ分とを分層して排出し、排気を処理してから排出する。該方法では、鉄含有鉱物に対する還元率≧95.5%であり、溶融スラグにおける鉄の質量百分率は≦0.35%である。また、該方法は、プロセスが簡単で、コストが低く、省エネルギーで環境に優しく、経済的価値が高く、還元剤の利用率が大幅に向上し、効率的な非高炉製鉄技術である。
2019527304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のステップ（1）~（4）を含む渦流撹拌による溶融還元製鉄方法であって、
ステップ(1)において、銑鉄を誘導炉に入れ、溶融状態に加熱して溶鉄を形成し、溶鉄の温度は≧1450℃に保持し、ここで、前記銑鉄の投入量は誘導炉の炉容積の5~20%であり、
ステップ(2)において、溶鉄を撹拌して高さ/直径比が0.5~2.5の渦を形成し、撹拌を続け、 
ステップ(3)において、鉄含有鉱物、還元剤及びスラグ形成剤を渦中心に吹き付けて還元反応を発生させ、溶鉄及び溶融スラグを得た後、撹拌を停止し、排気が発生し、ここで、鉄含有鉱物と還元剤とスラグ形成剤の質量比は、1:(0.1~0.15):(0.25~0.4)であり、
ステップ(4)において、溶鉄と溶融スラグ分とを分層して排出し、排気を処理してから排出することを特徴とする渦流撹拌による溶融還元製鉄方法。
【請求項２】
前記ステップ(1)において、誘導炉は、包括スラグ排出口及び溶鉄排出口を含み、前記誘導炉の一側の下部に溶鉄排出口が設けられ、誘導炉の他側の上部にスラグ排出口が設けられており、
前記誘導炉に撹拌翼、撹拌翼昇降システム、粉末吹付装置、風カバー、煙気浄化システム、余熱回収システム及び洗浄塔が設けられ、前記撹拌翼は、誘導炉の内部に設けられ、前記撹拌翼昇降システムと撹拌翼とが接続され、前記粉末吹付装置は、誘導炉の一側の頂部に設けられ、前記風カバーは、誘導炉の上方に設けられ、前記煙気浄化システムの入口は、管路を介して風カバーに連通し、前記余熱回収システムの入口は、管路を介して煙気浄化システムの出口に連通し、前記洗浄塔の入口は、管路を介して余熱回収システムの出口に連通し、前記洗浄塔の出口は、大気に連通し、前記撹拌翼昇降システムは、撹拌翼を交換するために用いられることを特徴とする請求項1に記載の渦流撹拌による溶融還元製鉄方法。
【請求項３】
前記撹拌翼は、グラファイト撹拌翼であることを特徴とする請求項2に記載の渦流撹拌による溶融還元製鉄方法。
【請求項４】
前記ステップ(2)における撹拌は、撹拌翼を溶鉄液面から溶鉄液面の高さの1/3~1/2の位置に挿入し、50~200r/minの速度で中心撹拌することにより行われることを特徴とする請求項2に記載の渦流撹拌による溶融還元製鉄方法。
【請求項５】
前記ステップ(3)において、鉄含有鉱物、還元剤及びスラグ形成剤を混合して研磨した後、粉末吹付装置により渦中心に吹き付けることを特徴とする請求項1に記載の渦流撹拌による溶融還元製鉄方法。
【請求項６】
前記ステップ(3)において、鉄含有鉱物は鉄鉱石であり、還元剤は石炭粉であり、スラグ形成剤は酸化カルシウムであることを特徴とする請求項1に記載の渦流撹拌による溶融還元製鉄方法。
【請求項７】
前記ステップ(3)の還元反応において、鉄含有鉱物の還元率は≧95.5%であり、溶融スラグにおける鉄の質量百分率は≦0.35%であることを特徴とする請求項1に記載の渦流撹拌による溶融還元製鉄方法。
【請求項８】
前記ステップ(4)において、誘導炉には、上層が溶融スラグ、下層が溶鉄であり、溶融スラグをスラグ排出口から排出し、溶鉄を溶鉄排出口から排出することを特徴とする請求項2に記載の渦流撹拌による溶融還元製鉄方法。
【請求項９】
前記ステップ(4)において、排気は風カバーを経て煙気浄化システムに入り、浄化処理された後、余熱回収システムによって余熱が回収され、最後に洗浄塔によって気体における有害ガスが吸収された後、大気に排出されることを特徴とする請求項2に記載の渦流撹拌による溶融還元製鉄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冶金技術分野に属し、具体的には、渦流撹拌による溶融還元製鉄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、中国の鉄鋼業界は急速に発展し、世界の鉄鋼の40％以上を占めている。しかし、鋼材の過剰生産及びより厳しい環境要求のため、如何にコストを削減し、作業環境を改善するかが重量な課題となっている。製鋼の原料として、製鉄プロセスは既に完璧になっており、中国の製鉄は主に高炉製鉄である。高炉製鉄は、本質的には、鉄の還元であり、つまり、コークスを燃料及び還元剤として使用し、高温下で鉄鉱石又は製鉄原料における鉄を酸化物または鉱物の形態から液体の銑鉄に還元することである。
【０００３】
厳しい経済状況では、製鉄所は、様々な手段を採用することにより、銑鉄の加工コストを削減している。高炉の場合には、主として高炉の送風温度の向上、ガス利用率の向上、燃料比の低減、及び高炉寿命の延長である。しかし、製鉄プロセスが熟達しているので、製鉄コストが安定している傾向があるため、操作条件を改善してもコストを顕著に削減できず、利益が非常に小さい。
【０００４】
高炉製鉄では、還元剤の利用率はコストに大きい影響を与え、生産サイクルの長さは、各炉の溶融製錬のコストに影響する重要な要因である。そのため、還元剤の利用率を効果的に向上させ、生産サイクルを短縮することができれば、製鉄のコストを削減することができ、ひいては全体の製鋼コストを削減することができる。伝統的な高炉製鉄の還元剤は、主に無煙石炭粉であり、羽口から高炉内に吹き付けられるものである。しかし、石炭粉の密度が低いことから、反応過程において、石炭粉が殆ど表面に浮かぶことで、鉄の酸化物と十分に反応することができないため、石炭粉の利用率は低いとともに、発生する煙気には大量の未反応の粉塵があり、原料の浪費を引き起こすだけでなく、大気及び現場の環境に対しても悪影響を与える。
【０００５】
従って、新しい還元剤の投入方法を開発することで、還元剤の利用率を向上させ、反応サイクルを短縮し、現場環境を改善する必要がある。KR撹拌は、主に製鋼プロセスの溶鉄前処理段階で採用され、KR撹拌により脱硫剤と溶鉄とを混合することで、脱硫の進行を促進することができる。製鉄においてKR撹拌翼により巻き込まれた石炭粉を撹拌することによって、還元剤の利用率を大幅に向上できる。
【０００６】
出願番号201210104356.0の中国特許出願には、新規なKR脱硫撹拌方法が開示されている。該方法では、転炉装入前に溶鉄の炉外脱硫処理を行い、撹拌機の回転により溶鉄表面の脱硫剤を溶鉄に巻き込み、混合して脱硫する。しかし、該方法は、製鉄分野に関するものではない。出願番号201110185831.7の中国特許出願には、KR脱硫鉄スラグの回収利用方法が開示されている。該方法では、KR脱硫した後の鉄スラグを回収して製鋼に再利用する。しかし、該方法も製鉄分野に関するものではない。出願番号201410040360.4の中国特許出願には、改良した高炉製鉄システムが開示されている。該方法では、高炉製鉄の熱風供給温度を効果的に高めながら、熱風炉の配置を簡単化し、空間を節約し、投資を削減し、製鉄のエネルギー消費とコストを削減するが、撹拌製鉄システムに開示されていない。
【発明の概要】
【０００７】
従来の高炉還元剤の投入方式及び利用率の不足に対して、本発明は、渦流撹拌による溶融還元製鉄方法を提供する。該方法は、撹拌翼を備える誘導炉を直接利用し、中心撹拌により溶融体を回転撹拌して渦を形成し、粉状の鉄含有原料、還元剤及びスラグ形成剤を渦中心に投入してすぐに溶融プールに巻き込まれ、溶融体と十分に混合して反応することで、鉄含有酸化物は迅速に還元される。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の技術案を採用する。
【０００９】
以下のステップ（1）~（4）を含む渦流撹拌による溶融還元製鉄方法であって、
ステップ(1)において、銑鉄を誘導炉に入れ、溶融状態に加熱して溶鉄を形成し、溶鉄の温度は≧1450℃に保持し、ここで、前記銑鉄の投入量は誘導炉の炉容積の5~20%であり、
ステップ(2)において、溶鉄を撹拌して高さ/直径比が0.5~2.5の渦を形成し、撹拌を続け、 
ステップ(3)において、鉄含有鉱物、還元剤及びスラグ形成剤を渦中心に吹き付けて還元反応を発生させ、溶鉄及び溶融スラグを得た後、撹拌を停止し、排気が発生し、ここで、鉄含有鉱物と還元剤とスラグ形成剤の質量比は、1:(0.1~0.15):(0.25~0.4)であり、
ステップ(4)において、溶鉄と溶融スラグ分とを分層して排出し、排気を処理してから排出する渦流撹拌による溶融還元製鉄方法。
【００１０】
上記ステップ(1)において、溶鉄は、熱供給環境を提供するために用いられる。
上記ステップ(1)において、溶鉄の温度を≧1450℃に保持する方法は、誘導炉自体の加熱である。
上記ステップ(1)において、誘導炉は、スラグ排出口及び溶鉄排出口を含み、上記誘導炉の一側の下部に溶鉄排出口が設けられ、誘導炉の他側の上部にスラグ排出口が設けられている。
【００１１】
前記誘導炉に撹拌翼、撹拌翼昇降システム、粉末吹付装置、風カバー、煙気浄化システム、余熱回収システム及び洗浄塔が設けられ、前記撹拌翼は、誘導炉の内部に設けられ、前記撹拌翼昇降システムと撹拌翼とが接続され、前記粉末吹付装置は、誘導炉の一側の頂部に設けられ、前記風カバーは、誘導炉の上方に設けられ、前記煙気浄化システムの入口は、管路を介して風カバーに連通し、前記余熱回収システムの入口は、管路を介して煙気浄化システムの出口に連通し、前記洗浄塔の入口は、管路を介して余熱回収システムの出口に連通し、前記洗浄塔の出口は、大気に連通し、前記撹拌翼昇降システムは、撹拌翼を交換するために用いられる。
【００１２】
上記撹拌翼の材料は、炭素質材料である。
上記撹拌翼は、グラファイト撹拌翼である。
上記ステップ(2)における撹拌は、撹拌翼を溶鉄液面から溶鉄液面の高さの1/3~1/2の位置に挿入し、50~200r/minの速度で中心撹拌することにより行われる。
上記ステップ(3) において、鉄含有鉱物、還元剤及びスラグ形成剤を混合して研磨した後、粉末吹付装置により渦中心に吹き付ける。
上記ステップ(3)において、鉄含有鉱物は鉄鉱石である。
上記ステップ(3)において、還元剤は石炭粉である。
上記ステップ(3)において、スラグ形成剤は酸化カルシウムである。
上記ステップ(3)の還元反応において、鉄含有鉱物の還元率は≧95.5%であり、溶融スラグにおける鉄の質量百分率は≦0.35%である。 
上記ステップ(3)において、溶融スラグの成分は、主にCaO、SiO2及びAl2O3である。
上記ステップ(4)において、誘導炉には、上層が溶融スラグ、下層が溶鉄であり、溶融スラグをスラグ排出口から排出し、溶鉄を溶鉄排出口から排出する。
上記ステップ(4)において、排気は風カバーを経て煙気浄化システムに入り、浄化処理された後、余熱回収システムによって余熱が回収され、最後に洗浄塔によって気体における有害ガスが吸収された後、大気に排出される。
【００１３】
還元製鉄の過程に係る主要な反応は、
FexOy+yC=yCO+xFe
FexOy+yCO=yCO2+xFe
FexOy+y/2C=y/2CO2+xFeである。
【発明の効果】
【００１４】
(1)反応原料である鉄含有鉱物、還元剤及びスラグ形成剤を、撹拌により溶融体表面に形成された渦流中心に直接投入してすぐに溶融プールに巻き込まれ、反応原料を撹拌して十分に接触させることにより、反応が速くなり、製鉄サイクルが短くなる。
(2)機械撹拌翼を炭素質材料で作製することにより、撹拌翼は、撹拌により摩耗されたら、破砕されて還元剤として再利用されることができる。
(3)該方法は、プロセスが簡単で、コストが低く、省エネルギーで環境に優しく、経済的価値が高く、還元剤の利用率が大幅に向上し、効率的な非高炉製鉄技術である。
(4) 該方法では、鉄含有鉱物に対する還元率≧95.5%であり、溶融スラグにおける鉄の質量百分率は≦0.35%である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図1は、本発明の方法を使用する誘導炉システムの構造模式図である。
【符号の説明】
【００１６】
1-スラグ排出口，2-溶鉄排出口，3-グラファイト撹拌翼，4-撹拌翼昇降システム，5-粉末吹付装置，6-風カバー，7-煙気浄化システム，8-余熱回収システム，9-洗浄塔。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施例によって本発明を詳しく説明する。
【００１８】
実施例1
本実施例で用いられる誘導炉システムの構造模式図を図1に示す。
【００１９】
渦流撹拌による溶融還元製鉄方法は、以下のステップ（1）~（4）を含む。
ステップ(1)において、銑鉄を誘導炉に入れ、溶融状態に加熱して溶鉄を形成し、溶鉄の温度を1450℃に保持することで熱供給環境を提供し、ここで、銑鉄の投入量は誘導炉の炉容積の5%である。
ステップ(2)において、グラファイト撹拌翼3を溶鉄液面から溶鉄液面の高さの1/3の位置に挿入し、50r/minの撹拌速度で中心撹拌し、高さ/直径比が0.5の渦を形成し、撹拌を続ける。 
グラファイト撹拌翼3の摩耗の度合いに応じて、撹拌翼昇降システム4により撹拌翼を交換し、摩耗されたグラファイト撹拌翼3を破砕し、還元剤として再利用する。
ステップ(3)において、鉄鉱石、石炭粉及び酸化カルシウムを、質量比1:0.1:0.25で混合して研磨した後、粉末吹付装置5により渦中心に吹き付け、還元反応を発生させ、溶鉄及び溶融スラグを得た後、撹拌を停止し、排気が発生する。
ステップ(4)において、誘導炉には、下層は溶鉄、上層は溶融スラグであり、溶融スラグの成分は主にCaO、SiO2及びAl2O3であり、下層の溶鉄を溶鉄排出口2から排出し、上層の溶融スラグをスラグ排出口1から排出し、鉄鉱石の還元率は96.5%であり、溶融スラグにおける鉄の含有量は0.3%である。反応により発生した排気は、風カバー6を経て煙気浄化システム7に入り、浄化処理された後、余熱回収システム8により余熱が回収され、最後に洗浄塔9により気体における有害ガスが吸収され、排出要求を満たした後、大気に排出される。
【００２０】
実施例2
本実施例で用いられる誘導炉システムの構造模式図を図1に示す。
【００２１】
渦流撹拌による溶融還元製鉄方法は、以下のステップ（1）~（4）を含む。
ステップ(1)において、銑鉄を誘導炉に入れ、溶融状態に加熱して溶鉄を形成し、溶鉄の温度を1550℃に保持することで熱供給環境を提供し、ここで、銑鉄の投入量は誘導炉の炉容積の15%である。
ステップ(2)において、グラファイト撹拌翼を溶鉄液面から溶鉄液面の高さの1/2の位置に挿入し、200r/minの撹拌速度で中心撹拌し、高さ/直径比が2.5の渦を形成し、撹拌を続ける。
グラファイト撹拌翼3の摩耗の度合いに応じて、撹拌翼昇降システム4により撹拌翼を交換する。
ステップ(3)において、鉄鉱石、石炭粉及び酸化カルシウムを、質量比1:0.15:0.4で混合して研磨した後、粉末吹付装置5により渦中心に吹き付け、還元反応を発生させ、溶鉄及び溶融スラグを得た後、撹拌を停止し、排気が発生する。
ステップ(4)において、誘導炉には、下層は溶鉄、上層は溶融スラグであり、溶融スラグの成分は主にCaO、SiO2及びAl2O3であり、下層の溶鉄を溶鉄排出口2から排出し、上層の溶融スラグをスラグ排出口1から排出し、鉄鉱石の還元率は95.5%であり、溶融スラグにおける鉄の含有量は0.35%である。反応により発生した排気は、風カバー6を経て煙気浄化システム7に入り、浄化処理された後、余熱回収システム8により余熱が回収され、最後に洗浄塔9により気体における有害ガスが吸収され、排出要求を満たした後、大気に排出される。
【００２２】
実施例3
本実施例で用いられる誘導炉システムの構造模式図を図1に示す。
【００２３】
渦流撹拌による溶融還元製鉄方法は、以下のステップ（1）~（4）を含む。
ステップ(1)において、銑鉄を誘導炉に入れ、溶融状態に加熱して溶鉄を形成し、溶鉄の温度を1500℃に保持することで熱供給環境を提供し、ここで、銑鉄の投入量は誘導炉の炉容積の20%である。
ステップ(2)において、グラファイト撹拌翼を溶鉄液面から溶鉄液面の高さの1/2の位置に挿入し、100r/minの撹拌速度で中心撹拌し、高さ/直径比が1.0の渦を形成し、撹拌を続ける。
グラファイト撹拌翼3の摩耗の度合いに応じて、撹拌翼昇降システム4により撹拌翼を交換する。
ステップ(3)において、鉄鉱石、石炭粉及び酸化カルシウムを、質量比1:0.12:0.3で混合して研磨した後、粉末吹付装置5により渦中心に吹き付け、還元反応を発生させ、溶鉄及び溶融スラグを得た後、撹拌を停止し、排気が発生する。
ステップ(4)において、誘導炉には、下層は溶鉄、上層は溶融スラグであり、溶融スラグの成分は主にCaO、SiO2及びAl2O3であり、下層の溶鉄を溶鉄排出口2から排出し、上層の溶融スラグをスラグ排出口1から排出し、鉄鉱石の還元率は96.2%であり、溶融スラグにおける鉄の含有量は0.32%である。反応により発生した排気は、風カバー6を経て煙気浄化システム7に入り、浄化処理された後、余熱回収システム8により余熱が回収され、最後に洗浄塔9により気体における有害ガスが吸収され、排出要求を満たした後、大気に排出される。
【００２４】
実施例4
本実施例で用いられる誘導炉システムの構造模式図を図1に示す。
【００２５】
渦流撹拌による溶融還元製鉄方法は、以下のステップ（1）~（4）を含む。
ステップ(1)において、銑鉄を誘導炉に入れ、溶融状態に加熱して溶鉄を形成し、溶鉄の温度を1480℃に保持することで熱供給環境を提供し、ここで、銑鉄の投入量は誘導炉の炉容積の10%である。
ステップ(2)において、グラファイト撹拌翼を溶鉄液面から溶鉄液面の高さの1/3の位置に挿入し、150r/minの撹拌速度で中心撹拌し、高さ/直径比が1.5の渦を形成し、撹拌を続ける。
グラファイト撹拌翼3の摩耗の度合いに応じて、撹拌翼昇降システム4により撹拌翼を交換する。
ステップ(3)において、鉄鉱石、石炭粉及び酸化カルシウムを、質量比1:0.14:0.35で混合して研磨した後、粉末吹付装置5により渦中心に吹き付け、還元反応を発生させ、溶鉄及び溶融スラグを得た後、撹拌を停止し、排気が発生する。
ステップ(4)において、誘導炉には、下層は溶鉄、上層は溶融スラグであり、溶融スラグの成分は主にCaO、SiO2及びAl2O3であり、下層の溶鉄を溶鉄排出口2から排出し、上層の溶融スラグをスラグ排出口1から排出し、鉄鉱石の還元率は95.8%であり、溶融スラグにおける鉄の含有量は0.33%である。反応により発生した排気は、風カバー6を経て煙気浄化システム7に入り、浄化処理された後、余熱回収システム8により余熱が回収され、最後に洗浄塔9により気体における有害ガスが吸収され、排出要求を満たした後、大気に排出される。
【図１】
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【国際調査報告】
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2019527304.tif 000005
2019527304.tif 000006
2019527304.tif 000007
2019527304.tif 000008